package bst;

import java.util.LinkedList;
import java.util.Queue;
import java.util.Stack;

public class BST<E extends Comparable<E>> {
    private class Node {
        public E e;
        private Node left, right;
        public Node(E e) {
            this.e = e;
            left = null;
            right = null;
        }
    }

    private Node root;
    private int size;

    public BST() {
        root = null;
        size = 0;
    }

    public int getSize() {
        return size;
    }

    public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    }

    // 向二分搜索树种添加新的元素e
    public void add(E e) {
        root = add(root, e);
//        if (root == null) {
//            root = new Node(e);
//            size ++;
//        }
//        else
//            add(root, e);
    }

    // 在以node为根节点的二分搜索树中添加元素e, 递归算法
    // 返回新插入节点后的二分搜索树的根
    private Node add(Node node, E e) {

        if (node == null) {
            node = new Node(e);
            size ++;
            return node;
        }

        if (e.compareTo(node.e) < 0)
            node.left = add(node.left, e);
        else if (e.compareTo(node.e) > 0)
            node.right = add(node.right, e);

        return node;

//        if (node.e.compareTo(e) == 0)
//            return;
//
//        if (e.compareTo(node.e) < 0 && node.left == null) {
//            node.left = new Node(e);
//            size ++;
//            return;
//        } else if (e.compareTo(node.e) > 0 && node.right == null) {
//            node.right = new Node(e);
//            size ++;
//            return ;
//        }
//
//        if (e.compareTo(node.e) < 0)
//            add(node.left, e);
//        else
//            add(node.right, e);
    }

    // 查看二分搜索树中是否包含元素e
    public boolean contains(E e) {
        return contains(root, e);
    }

    // 查看以node为根的二分搜索树中是否包含元素e, 递归算法
    private boolean contains(Node node, E e) {
        if (node == null)
            return false;
        if (e.compareTo(node.e) == 0) {
            return true;
        } else if (e.compareTo(node.e) < 0)
            return contains(node.left, e);
        else
            return contains(node.right, e);
    }

    // 前序遍历二分搜索树
    public void preOrder() {
        preOrder(root);
    }

    // 前序遍历以node为根的二分搜索树, 递归算法
    private void preOrder(Node node) {
        if (node == null)
            return;

        System.out.println(node.e);

        preOrder(node.left);
        preOrder(node.right);
    }

    // 二分搜索树的非递归遍历
    public void preOrderNR() {
        if (root == null)
            return;

        Stack<Node> stack = new Stack<>();
        stack.push(root);
        while (!stack.isEmpty()) {
            Node cur = stack.pop();
            System.out.println(cur.e);

            // 这里需要先将右孩子入栈, 因为栈是先进后出的
            if (cur.right != null)
                stack.push(cur.right);
            if (cur.left != null)
                stack.push(cur.left);
        }
    }

    // 中序遍历二分搜索树
    public void inOrder() {
        inOrder(root);
    }

    // 中序遍历以node为根的二分搜索树, 递归算法
    private void inOrder(Node node) {
        if (node == null)
            return;

        inOrder(node.left);
        System.out.println(node.e);
        inOrder(node.right);
    }

    // 后序遍历二分搜索树
    public void postOrder() {
        postOrder(root);
    }

    // 后序遍历以node为根的二分搜索树, 递归算法
    private void postOrder(Node node) {
        if (node == null)
            return;

        postOrder(node.left);
        postOrder(node.right);
        System.out.println(node.e);
    }

    // 层序遍历(广度优先遍历)二分搜索树
    public void levelOrder() {
        if (root == null)
            return ;
        Queue<Node> q = new LinkedList<>();
        q.add(root);
        while (!q.isEmpty()) {
            Node cur = q.remove();
            System.out.println(cur.e);

            if (cur.left != null)
                q.add(cur.left);
            if (cur.right != null)
                q.add(cur.right);
        }
    }

    // 寻找二分搜索树的最小元素
    public E minimum() {
        if(size == 0)
            throw new IllegalArgumentException("BST is empty");
        Node minNode = minimum(root);
        return minNode.e;
    }

    // 返回以node为根的二分搜索树的最小值所在的节点
    private Node minimum(Node node) {
        if (node.left == null)
            return node;
        return minimum(node.left);
    }

    // 寻找二分搜索树的最大元素
    public E maximum() {
        if(size == 0)
            throw new IllegalArgumentException("BST is empty");
        Node maxNode = maximum(root);
        return maxNode.e;
    }

    // 返回以node为根的二分搜索树的最大值所在的节点
    private Node maximum(Node node) {
        if (node.right == null)
            return node;
        return maximum(node.right);
    }

    // 删除二分搜索树中的最小节点
    public E removeMin() {
        E ret = minimum();
        root = removeMin(root);
        return ret;
    }

    // 删除以node为根的二分搜索树的最小节点
    // 返回删除后新的二分搜索树的根
    private Node removeMin(Node node) {
        if (node.left == null) {
            Node rightNode = node.right;
            node.right = null;
            size --;
            return rightNode;
        }

        node.left = removeMin(node.left);

        return node;
    }

    // 删除二分搜索树中的最大节点
    public E removeMax() {
        E ret = maximum();
        root = removeMax(root);
        return ret;
    }

    // 删除以node为根的二分搜索树的最大节点
    // 返回删除后新的二分搜索树的根
    private Node removeMax(Node node) {
        if (node.right == null) {
            Node leftNode = node.left;
            node.right = null;
            size --;
            return leftNode;
        }

        node.right = removeMax(node.right);
        return node;
    }

    public void remove(E e) {
        root = remove(root, e);
    }

    // 删除以node为根的二分搜索树中的元素e
    // 返回删除后新的二分搜索树的根
    private Node remove(Node node, E e) {
        if (node == null)
            return null;

        if (e.compareTo(node.e) < 0) {
            node.left = remove(node.left, e);
            return node;
        } else if (e.compareTo(node.e) > 0) {
            node.right = remove(node.right, e);
            return node;
        } else {

            // 待删除节点左子树为空的情况
            if (node.left == null) {
                Node rightNode = node.right;
                node.right = null;
                size --;
                return rightNode;
            }

            // 待删除节点右子树为空的情况
            if (node.right == null) {
                Node leftNode = node.left;
                node.left = null;
                size --;
                return leftNode;
            }

            // 待删除节点左右子树均不为空的情况
            // 找到比待删除节点大的最小节点, 即待删除节点右子树的最小节点(这个节点叫做后继节点)
            // 用这个节点代替待删除节点的位置
            Node successor = minimum(node.right);
            successor.right = removeMin(node.right);
            successor.left = node.left;

            node.left = node.right = null;

            return successor;

        }
    }

}
